JP2017087533A - Liquid spray head and liquid spray device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that eject and record liquid droplets on a recording medium.
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液滴として吐出する。液滴の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。 In recent years, an ink jet type liquid ejecting head has been used in which ink droplets are ejected onto recording paper or the like to record characters and figures, or a liquid material is ejected onto the surface of an element substrate to form a functional thin film. In this method, a liquid such as ink or liquid material is guided from a liquid tank to a channel via a supply pipe, pressure is applied to the liquid filled in the channel, and the liquid is discharged as a droplet from a nozzle communicating with the channel. When ejecting droplets, the liquid ejecting head and the recording medium are moved to record characters and figures, or a functional thin film having a predetermined shape is formed.
例えば特許文献1には、圧電振動子により圧力発生室に充填されるインクに圧力を印加して圧力発生室に連通するノズル開口からインク滴を吐出する液体噴射ヘッドが記載される。液体噴射ヘッドは、基台、弾性板、流路形成基板及びノズルプレートが積層する構造を備える。基台には直線状に配列する複数の圧電振動子が設置される。弾性板は圧電振動子の上に積層され、弾性板の上部に積層される流路形成基板の圧力発生室に圧電振動子の振動を伝達する。流路形成基板は共通インク室と共通インク室に連通する複数の圧力発生室とを備え、複数の圧力発生室が複数の圧電振動子にそれぞれ対応して設置される。ノズルプレートは複数のノズル開口を備え、複数のノズル開口が複数の圧力発生室にそれぞれ連通する。
For example,
ノズルプレートは、ノズル開口が配列する平坦部の外周に、基台側に延びる垂直壁を備える。ノズルプレートの垂直壁を基台及び基台の上部に積層される流路形成基板に嵌め込んで、各圧力発生室と各ノズル開口とを位置合わせすることが記載される。予め、流路形成基板の外縁部にノズルプレート側に突出する凸状部を設置し、ノズルプレートにはインク滴吐出側に突出する凸部を形成しておき、流路形成基板の凸状部にノズルプレートの凸部を嵌め込んで、圧力発生室とノズル開口との間の位置合わせを行うことが記載される。 The nozzle plate includes a vertical wall extending toward the base on the outer periphery of the flat portion where the nozzle openings are arranged. It is described that the vertical wall of the nozzle plate is fitted into a base and a flow path forming substrate stacked on the top of the base to align each pressure generating chamber and each nozzle opening. A convex portion that protrudes toward the nozzle plate is installed in advance on the outer edge portion of the flow path forming substrate, and a convex portion that protrudes toward the ink droplet ejection side is formed on the nozzle plate. Is described in that the convex portion of the nozzle plate is fitted into the nozzle plate to perform alignment between the pressure generating chamber and the nozzle opening.
近年、ノズルプレートに形成するノズル開口の数が増加するとともに、ノズル開口の配列ピッチは極めて狭くなっている。そのため、ノズル開口が配列するノズル列の両端部のみで圧力発生室とノズル開口の位置合わせを行うことは極めて難しい。特に、ノズルプレートを流路形成基板に接着する際には熱硬化性の接着剤を使用する。ノズルプレートは加熱により熱膨張するので、多数のノズル開口を多数の圧力発生室の所定位置に同時に位置合わせを行うことはきわめて難しい。 In recent years, the number of nozzle openings formed in the nozzle plate has increased, and the arrangement pitch of nozzle openings has become extremely narrow. For this reason, it is extremely difficult to align the pressure generating chamber and the nozzle opening only at both ends of the nozzle row in which the nozzle openings are arranged. In particular, when the nozzle plate is bonded to the flow path forming substrate, a thermosetting adhesive is used. Since the nozzle plate is thermally expanded by heating, it is extremely difficult to align a large number of nozzle openings simultaneously with predetermined positions of a large number of pressure generating chambers.
本発明の液体噴射ヘッドは、液滴吐出側の表面に開口部を有する複数のチャンネルが基準方向Kに配列してチャンネル列を構成するアクチュエータ基板と、前記チャンネルに連通するノズル孔を有し前記アクチュエータ基板の前記液滴吐出側の表面に設置されるノズルプレートと、を備え、前記ノズルプレートは前記開口部に嵌合する突起を備えることとした。 The liquid jet head of the present invention includes an actuator substrate that forms a channel row by arranging a plurality of channels having openings on the surface on the droplet discharge side in the reference direction K, and a nozzle hole that communicates with the channel. A nozzle plate installed on the surface of the actuator substrate on the droplet discharge side, and the nozzle plate has a protrusion that fits into the opening.
また、前記突起は前記開口部の前記基準方向における両端近傍に位置する第一突条を有することとした。 Further, the protrusion has a first protrusion located in the vicinity of both ends in the reference direction of the opening.
また、前記ノズル孔は前記開口部の前記基準方向における略中央に位置する2つの前記第一突状の間に位置することとした。 Further, the nozzle hole is located between the two first protrusions located substantially in the center of the opening in the reference direction.
また、前記チャンネルは液体を吐出する吐出チャンネルと液体を吐出しない非吐出チャンネルを備え、前記第一突条は前記吐出チャンネルの前記開口部に嵌合することとした。 In addition, the channel includes a discharge channel that discharges liquid and a non-discharge channel that does not discharge liquid, and the first protrusion is fitted into the opening of the discharge channel.
また、前記突起は前記ノズルプレートの表面からの高さが10μm〜25μmの範囲であることとした。 In addition, the height of the protrusion from the surface of the nozzle plate is in the range of 10 μm to 25 μm.
また、前記突起は前記開口部の前記基準方向における幅に略等しい幅を有することとした。 Further, the protrusion has a width substantially equal to the width of the opening in the reference direction.
また、前記チャンネルは液体を吐出する吐出チャンネルと液体を吐出しない非吐出チャンネルを備え、前記第二突条は前記非吐出チャンネルの前記開口部に嵌合することとした。 In addition, the channel includes a discharge channel that discharges liquid and a non-discharge channel that does not discharge liquid, and the second protrusion is fitted into the opening of the non-discharge channel.
また、前記突起は前記開口部の前記基準方向と直交する直交方向における両端近傍に位置することとした。 Further, the protrusion is located near both ends in the orthogonal direction orthogonal to the reference direction of the opening.
また、前記ノズル孔は前記開口部の前記直交方向における幅の略中央に位置することとした。 In addition, the nozzle hole is positioned approximately at the center of the width of the opening in the orthogonal direction.
また、前記ノズルプレートは表面が平坦な第一シートと表面に前記突起を備える第二シートが積層される積層構造を有することとした。 The nozzle plate has a laminated structure in which a first sheet having a flat surface and a second sheet having the protrusions on the surface are laminated.
本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。 The liquid ejecting apparatus according to the aspect of the invention includes the liquid ejecting head, a moving mechanism that relatively moves the liquid ejecting head and the recording medium, a liquid supply pipe that supplies liquid to the liquid ejecting head, and the liquid And a liquid tank for supplying the liquid to the supply pipe.
本発明による液体噴射ヘッドは、液滴吐出側の表面に開口部を有する複数のチャンネルが基準方向Kに配列してチャンネル列を構成するアクチュエータ基板と、チャンネルに連通するノズル孔を有し液滴吐出側の表面に設置されるノズルプレートと、を備え、ノズルプレートは開口部に嵌合する突起を備える。これにより、ノズルプレートのノズル孔をアクチュエータ基板のチャンネルに確実に位置合わせすることができる。 The liquid ejecting head according to the present invention includes an actuator substrate in which a plurality of channels having openings on the surface on the droplet discharge side are arranged in the reference direction K to form a channel row, and a nozzle hole communicating with the channel. A nozzle plate installed on the discharge side surface, and the nozzle plate includes a protrusion that fits into the opening. Thereby, the nozzle hole of the nozzle plate can be reliably aligned with the channel of the actuator substrate.
(第一実施形態)
図1は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の断面模式図である。図1(a)が複数のチャンネル3が配列する基準方向Kの部分断面模式図であり、図1(b)がチャンネル3の基準方向Kと直交する直交方向Jの断面模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
図1に示すように、液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2とアクチュエータ基板2の液滴を吐出する液滴吐出側の表面(以下、下面LSという)に設置されるノズルプレート5とを備える。アクチュエータ基板2は、下面LSに開口部3aaを有する複数のチャンネル3が基準方向Kに配列してチャンネル列4を構成する。ノズルプレート5はチャンネル3に連通するノズル孔6を有する。ノズルプレート5は開口部3aaに嵌合する突起7を備える。この構成により、チャンネル3が基準方向Kに狭ピッチで多数配列する場合でも、ノズルプレート5の突起7をアクチュエータ基板2のチャンネル3の開口部3aaに嵌合させて、ノズルプレート5のノズル孔6をアクチュエータ基板2のチャンネル3に正確に位置合わせすることができる。
As shown in FIG. 1, the liquid ejecting
具体的に説明する。アクチュエータ基板2は、下面LSの法線方向に分極処理が施される圧電体基板を用いることができる。圧電体基板として、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)セラミックスを使用することができる。アクチュエータ基板2は下面LSに開口する複数のチャンネル3を備える。複数のチャンネル3は基準方向Kに配列してチャンネル列4を構成する。各チャンネル3はアクチュエータ基板2の下面LSに開口部3aaを有する。開口部3aaは、基準方向Kの幅がw1であり、基準方向Kと直交する直交方向Jの幅がw2である。隣接する2つのチャンネル3は側壁2wにより分離される。チャンネル3を挟む2つの側壁2wをピエゾ効果により変形させてチャンネル3の容積を変化させ、チャンネル3に充填される液体をノズル孔6から液滴として吐出する。チャンネル3の基準方向Kのチャンネル幅は開口部3aaの基準方向Kの幅w1と同じであり、例えば数10μm〜100μmである。側壁2wの基準方向Kの幅wtは、例えば数10μm〜100μmである。チャンネル3の直交方向Jのチャンネル幅は開口部3aaの直交方向Jの幅w2と同程度であり、例えば100μm〜数mmである。チャンネル列4は、基準方向Kに200個以上のチャンネル3を有する。
This will be specifically described. The
ノズルプレート5は突起7をアクチュエータ基板2側の表面NSに備える。突起7は、開口部3aaの基準方向Kにおける両端近傍に位置する第一突条7aを有する。第一突条7aは、開口部3aaの基準方向Kにおける一端近傍の第一突条7aaと他端近傍の第一突条7abに分離している。つまり、隣接する開口部3aaの間は側壁2wの下端面(下面LS)から成り、側壁2wの下端面を2つの第一突条7aa、7abが挟む構成となっている。ノズル孔6は、1つの側壁2wに対応する第一突条7aaと、当該1つの側壁に隣接する側壁2wに対応する第一突条7abの間に位置する。また、ノズル孔6は、開口部3aaの基準方向Kにおける略中央に位置する。ノズルプレート5はポリイミド膜や金属薄膜を使用することができる。第一突条7aa、7abは、エッチング法や成型法により形成することができる。
The
図1(a)に示すように、ノズルプレート5の複数の第一突条7aはアクチュエータ基板2の複数のチャンネル3に対応し、隣接する2つの第一突条7aa、7abが一つのチャンネル3の開口部3aaに嵌合する。つまり、1つの側壁2wに対応する一方の第一突条7aaによりチャンネル3の一方の側面に対するノズル孔6の位置が規定され、当該1つの側壁に隣接する側壁2wに対応する他方の第一突条7abによりチャンネル3の他方の側面に対するノズル孔6の位置が規定される。その結果、チャンネル3の基準方向Kにおいて、チャンネル3に対するノズル孔6の位置のばらつきが低減する。
As shown in FIG. 1A, the plurality of
第一突条7a(第一突条7aa、7ab)の高さhは、ノズルプレート5の表面、つまり側壁2wの下端面(下面LS)が当接するアクチュエータ基板2側の表面NSから、好ましくは10μm〜25μmの範囲とする。高さhが10μmよりも低いと第一突条7aが開口部3aaに係止し難くなり、高さhが25μmを超えると、第一突条7a自体がチャンネル3の容積を変化させてしまう。
The height h of the
また、第一突条7a(第一突条7aa、7ab)の基準方向Kの幅t1は、表面NSにおけるノズル孔6の直径をrとして、5μm〜(w1−r)/2の範囲とする。幅t1が5μmよりも薄いと、第一突条7aがチャンネル3の開口部に係止し難くなり、幅t1が(wl−r)/2を超えると、第一突条7aがノズル孔6に被さってノズル孔6が変形し、吐出条件が変化することがある。
The width t1 of the
図1(b)に示すように、第一突条7a(突起7)は、基準方向Kと直交する直交方向Jにおいて、開口部3aaの直交方向Jの幅w2と同程度の幅t2を有する。つまり、第一突条7aは開口部3aaの直交方向Jにおける両端近傍に位置する。また、第一突条7aの直交方向Jの幅t2は開口部3aaの直交方向Jの幅w2を超えない。ノズル孔6は第一突条7aの直交方向Jにおける幅t2の略中央に位置する。更に、直交方向Jにおいて、第一突条7aの一端の位置はチャンネル3の下面LSに開口する開口部3aaの一端により規定され、他端の位置はチャンネル3の開口部3aaの他端により規定される。従って、チャンネル3の直交方向Jにおいて、チャンネル3に対するノズル孔6の位置は第一突条7aにより正確に位置決めされる。その結果、チャンネル3の直交方向Jにおいて、チャンネル3に対するノズル孔6の位置のばらつきが低減する。
As shown in FIG. 1B, the
ノズルプレート5はアクチュエータ基板2の下面LSに熱硬化型の接着剤により接着する。ノズルプレート5をアクチュエータ基板2の下面LSに接着する際に加熱するが、第一突条7aをチャンネル3の開口部3aaに嵌合させて、熱膨張による位置ずれを防止し、全てのノズル孔6を全てのチャンネル3の所定の位置に正確に固定することができる。そのため、ノズル孔6から吐出する液滴の吐出方向、或いは吐出速度のばらつきを低減させることができる。
The
なお、第一突条7aは、開口部3aaの直交方向Jの幅w2に亘って形成することに代えて、第一突条7aをノズル孔6の近傍には形成せず、開口部3aaの直交方向Jの両端側にのみ設置してもよい。これにより、チャンネル3の短手方向のチャンネル幅(本実施形態では開口部3aaの基準方向Kの幅w1と同じ)がノズルプレート5の表面NSに開口するノズル孔6の直径rに近づいても、ノズル孔6の形状やノズル孔6の側面の傾き角を変更する必要が無い。
Instead of forming the
また、本実施形態において、突起7が全てのチャンネル3に対応させてノズルプレート5に形成されるが、本発明はこれに限定されず、基準方向Kに配列する複数の開口部3aaごとに一つの突起7が嵌合する構成であってもよい。また、本実施形態では開口部3aaの基準方向Kの幅w1が直交方向Jの幅w2よりも狭いが、本発明はこの関係に限定されず、開口部3aaの基準方向Kの幅w1と直交方向Jの幅w2が同等、或いは基準方向Kの幅w1が直交方向Jの幅w2よりも広くてもよい。また、本実施形態では、全てのチャンネル3が液滴を吐出する吐出チャンネルであるが、これに代えて、吐出チャンネルと非吐出チャンネルが基準方向Kに交互に配置する構成であってもよい。また、側壁2wのピエゾ効果を利用してチャンネル3の液体に圧力波を生成し、ノズル孔6から液滴を吐出させる方式に代えて、アクチュエータ基板2の上部に圧電体からなるアクチュエータを設置し、このアクチュエータからチャンネル3に振動を伝達してチャンネル3の液体に圧力波を生成する方式であってもよい。
Further, in the present embodiment, the
(第二実施形態)
図2は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の模式的な分解斜視図である。図3は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図である。図3(a)がチャンネル列4の方向である基準方向Kの部分断面模式図であり、図3(b)が吐出チャンネル3aの断面模式図であり、図3(c)が非吐出チャンネル3bの断面模式図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the
図2に示すように、液体噴射ヘッド1は、圧電体基板2aと、圧電体基板2aの上面USに設置されるカバープレート2bと、圧電体基板2aの下面LSに設置されるノズルプレート5とを備える。圧電体基板2aとカバープレート2bがアクチュエータ基板2を構成する。アクチュエータ基板2は、液滴吐出側の下面LSに開口部を有する複数のチャンネル3が基準方向Kに配列してチャンネル列4を構成する。チャンネル3は液体を吐出する吐出チャンネル3aと液体を吐出しない非吐出チャンネル3bを備える。吐出チャンネル3aは下面LSに開口部3aaを有し、非吐出チャンネル3bは下面LSに開口部3baを有する。ノズルプレート5は、吐出チャンネル3aに連通するノズル孔6を有し、アクチュエータ基板2の液滴吐出側の下面LSに設置される。ノズルプレート5は、アクチュエータ基板2の側の表面NSに開口部3aaに嵌合する第一突条7a(突起7)を備える。第一突条7aは、吐出チャンネル3aの2つの側面に沿って突出する2つの第一突条7aa、7abを有し、この2つの第一突条7aa、7abが開口部3aaに嵌合する。
As shown in FIG. 2, the
具体的に説明する。吐出チャンネル3aと非吐出チャンネル3bは、圧電体基板2aの板厚方向に貫通し、基準方向Kに交互に配列してチャンネル列4を構成する。カバープレート2bは互いに分離する2つの液室2ba、2bbを備える。2つの液室2ba、2bbは、複数の吐出チャンネル3aの、基準方向Kに直交する直交方向Jおける両端部にそれぞれ連通する。吐出チャンネル3aと非吐出チャンネル3bは、外周にダイヤモンド砥粒が埋め込まれた円盤状ブレードにより研削して形成する。そのため、直交方向Jにおける両端部にブレードの円弧形状が残る。吐出チャンネル3aは圧電体基板2aの上面US側から研削して形成し、吐出チャンネル3aの両端部は下面LSから上面USに切り上がる傾斜面となる。非吐出チャンネル3bは圧電体基板2aの下面LS側からカバープレート2bに達し、液室2ba、2bbには達しない深さに研削して形成し、非吐出チャンネル3bの両端部は上面USから下面LS側に切り下がる傾斜面を成す。非吐出チャンネル3bは圧電体基板2aの一方の側面SSまで延在する。延在する領域の非吐出チャンネル3bは下面LSからの深さが圧電体基板2aの厚さの1/2よりも深いが、上面USには達しない。圧電体基板2aの上面USに開口する吐出チャンネル3aの開口部3abは、上面USに開口する非吐出チャンネル3bの開口部3bbよりも直交方向Jの幅が広い。
This will be specifically described. The
図3(a)及び(b)に示すように、圧電体基板2aは、下面LSの基準方向Kに交互に開口する開口部3aaと開口部3baを有する。開口部3aaが吐出チャンネル3aの開口部であり、開口部3baが非吐出チャンネル3bの開口部である。吐出チャンネル3aの開口部3aaは非吐出チャンネル3bの開口部3baより直交方向Jの幅が狭く、非吐出チャンネル3bの開口部3baは下面LSの一方の端部の手前から他方の端部、即ち側面SSまで延在する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
ノズルプレート5は複数の第一突条7a(突起7)をアクチュエータ基板2側の表面NSに備える。第一突条7aは開口部3aaの基準方向Kにおける両端近傍に位置する第一突条7aa及び第一突条7abを有する。ノズル孔6は、1つの側壁2wに対応する第一突条7aaと、当該1つの側壁に隣接する側壁2wに対応する第一突条7abの間に位置する。また、ノズル孔6は、開口部3aaの基準方向Kにおける略中央に位置する。隣接する2つの第一突条7aa、7abが1つの開口部3aaに嵌合する。つまり、隣接する2つの第一突条7aa、7abのうち、1つの側壁2wに対応する一方の第一突条7aaにより吐出チャンネル3aの一方の側面に対するノズル孔6の位置が規定され、当該1つの側壁に隣接する側壁2wに対応する他方の第一突条7abにより吐出チャンネル3aの他方の側面に対するノズル孔6の位置が規定される。その結果、吐出チャンネル3aの基準方向Kにおけるノズル孔6の位置が、全ての吐出チャンネル3aにおいて正確に位置決めされる。同様に、吐出チャンネル3aの直交方向Jにおいて、第一突条7aの一端の位置は吐出チャンネル3aの開口部3aaの一端により規定され、第一突条7aの他端の位置は吐出チャンネル3aの開口部3aaの他端により規定される。つまり、吐出チャンネル3aの直交方向Jにおいて、吐出チャンネル3aに対するノズル孔6の位置を第一突条7aにより正確に位置決めすることができる。その結果、吐出チャンネル3aに対するノズル孔6の位置のばらつきが低減する。
The
図3(b)に示すように、吐出チャンネル3aは、圧電体基板2aの厚さの略1/2よりも下方の側面に共通電極8aを備える。図3(c)に示すように、非吐出チャンネル3bは、圧電体基板2aの厚さの略1/2よりも下方の側面に個別電極8bを備える。圧電体基板2aは、下面LSに、共通電極8aと電気的に接続する共通端子9aと個別電極8bと電気的に接続する個別端子9bとを備える。個別端子9bは隣接する2つの非吐出チャンネル3bの間であり、側面SSの近傍の下面LSに位置する。共通端子9aは、吐出チャンネル3aの端部と個別端子9bとの間の下面LSに位置する。共通端子9aは、吐出チャンネル3aの両側面に位置する2つの共通電極8aに電気的に接続する。個別端子9bは、吐出チャンネル3aを挟む2つの非吐出チャンネル3bの吐出チャンネル3aの側の側面に位置する2つの個別電極8bに電気的に接続する。
As shown in FIG. 3B, the
カバープレート2bは圧電体基板2aの上面USに接着剤により接合される。カバープレート2bは吐出チャンネル3aの上部を塞ぎ、吐出チャンネル3aを挟む側壁2wの上端部を固定する。カバープレート2bは互いに離間する2つの液室2ba、2bbを備える。一方の液室2baは複数の吐出チャンネル3aの一方の端部に連通し、他方の液室2bbは複数の吐出チャンネル3aの他方の端部に連通する。いずれの液室2ba、2bbも非吐出チャンネル3bには連通しない。従って、一方の液室2baに液体を供給すると、複数の吐出チャンネル3aに液体が流入し、更に複数の吐出チャンネル3aから他方の液室2bbに液体が流出する。即ち、液体を循環させることができる。また、両方の液室2ba、2bbに液体を供給し、両方の液室2ba、2bbから複数の吐出チャンネル3aに液体を供給することができる。
The
ノズルプレート5は個別端子9b及び共通端子9aの一部が露出するようにして圧電体基板2aの下面LSに接着剤により接合される。ノズルプレート5は、第一突条7aa、7abを吐出チャンネル3aの開口部3aaに嵌合させて圧電体基板2aに接着する。この際に、第一突条7aa、7abは吐出チャンネル3aに余分な接着剤が流れ込むのを防止するストッパーとしても機能する。接着剤が吐出チャンネル3aに流れ込んで吐出チャンネル3aの容積が変化して、ノズル孔6から吐出する液滴の吐出条件が変動するのを防ぐことができる。
The
ノズルプレート5はアクチュエータ基板2の下面LSに熱硬化型の接着剤により接着する。ノズルプレート5をアクチュエータ基板2の下面LSに接着する際に加熱するが、第一突条7aa、7abを吐出チャンネル3aの開口部3aaに嵌合させて、熱膨張による位置ずれを防止し、全てのノズル孔6を全ての吐出チャンネル3aの所定の位置に正確に固定することができる。そのため、ノズル孔6から吐出する液滴の吐出方向、或いは吐出速度のばらつきを低減させることができる。
The
圧電体基板2aはPZTセラミックスを使用することができる。圧電体基板2aは下面LS又は上面USの法線方向に予め分極処理が施されている。カバープレート2bは、PZTセラミックスやその他のセラミックス、合成樹脂等を使用することができる。カバープレート2bと圧電体基板2aとを同じ材料、例えばPZTセラミックスを使用すれば、温度変化に対するアクチュエータ基板2の変形を防止することができる。ノズルプレート5はポリイミド膜や金属膜を使用することができる。圧電体基板2aの吐出チャンネル3a及び非吐出チャンネル3bのチャンネル幅、吐出チャンネル3aと非吐出チャンネル3bを分離する側壁2wの基準方向Kの幅wtは、例えば数10μm〜100μmである。吐出チャンネル3aが下面LSに開口する開口部3aaの直交方向Jの幅w2は、例えば100μm〜数mmである。ノズルプレート5に形成する第一突条7aa、7abの高さhは、10μm〜25μmの範囲とすることが好ましい。第一突条7aa、7abの基準方向Kの幅t1は、表面NSにおけるノズル孔6の直径をr、吐出チャンネル3aの基準方向Kのチャンネル幅をwlとして、好ましくは5μm〜(wl−r)/2の範囲である。
PZT ceramics can be used for the
液体噴射ヘッド1は、更に、図示しないフレキシブル回路基板を備える。フレキシブル回路基板は、配線パターンを備え、圧電体基板2aの下面LSに設置される。配線パターンと共通端子9a、及び、配線パターンと個別端子9bは電気的に接続される。本実施形態では、フレキシブル回路基板が圧電体基板2aの液滴吐出側の下面LSに接続される。フレキシブル回路基板を圧電体基板2aのカバープレート2b側に設ける必要が無いため、フレキシブル回路基板の実装が容易となり、カバープレート2b側の構造を簡素化することができる。
The
液体噴射ヘッド1は次のように駆動する。カバープレート2bの液室2ba又は液室2bb、或いは両方の液室2ba、2bbに液体を供給し、吐出チャンネル3aに液体を充填する。次に、図示しないフレキシブル回路基板を介して共通端子9aと個別端子9bに駆動信号を与える。具体的には、共通端子9aをGNDに接続し、個別端子9bに駆動信号を与える。すると、吐出チャンネル3aを挟む2つの側壁2wが厚み滑り変形し、吐出チャンネル3aの容積を瞬間的に変化させる。例えば、吐出チャンネル3aの容積が拡張して液室2ba、2bbから液体を引き込み、次に、吐出チャンネル3aの容積が縮小してノズル孔6から液滴を吐出する。液体は共通電極8aには接するが個別電極8bには接しない。そのため、導電性の液体を使用しても電気分解は生じない。
The
本実施形態において、圧電体基板2aは下面LSの法線方向に一様に分極処理を施しているが、これに代えて、互いに反対方向に分極処理を施した2枚の圧電体基板を積層した圧電体基板2aを使用してもよい。また、共通端子9a及び個別端子9bを圧電体基板2aの上面USに設けてもよい。この場合は、共通電極8a及び個別電極8bは吐出チャンネル3a及び非吐出チャンネル3bの深さの1/2よりも上方の側面に設置する。また、本実施形態において、ノズルプレート5の表面NSに非吐出チャンネル3bに対応する突起7を設けていないが、非吐出チャンネル3bに対応する突起7(第一突条7a)を加えてもよい。また、第一突条7aを開口部3aaの直交方向Jの幅に亘る幅に形成することに代えて、第一突条7aをノズル孔6の近傍には形成せず、開口部3aaの直交方向Jにおける両端側にのみ設置してもよい。
In this embodiment, the
(第三実施形態)
図4は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド1の基準方向Kの部分断面模式図である。第一実施形態と異なる点は、ノズルプレート5に設置する突起7の形状と、突起7が嵌合する開口部である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view in the reference direction K of the
図4に示すように、液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2とアクチュエータ基板2の液滴吐出側の下面LSに設置されるノズルプレート5とを備える。アクチュエータ基板2は下面LSに開口する開口部3aaを有する吐出チャンネル3aと開口部3baを有する非吐出チャンネル3bが交互に配列してチャンネル列4を構成する。ノズルプレート5は吐出チャンネル3aに連通するノズル孔6を有する。ノズルプレート5は非吐出チャンネル3bの開口部3baに嵌合する第二突条7b(突起7)を備える。第二突条7bは、開口部3baの基準方向Kの幅w3に略等しい幅を有する。この構成により、吐出チャンネル3a及び非吐出チャンネル3bが基準方向Kに狭ピッチで多数配列する場合でも、ノズルプレート5の第二突条7bをアクチュエータ基板2の開口部3baに嵌合させて、ノズルプレート5のノズル孔6をアクチュエータ基板2の吐出チャンネル3aに確実に位置合わせすることができる。
As shown in FIG. 4, the
具体的に説明する。アクチュエータ基板2の下面LSには吐出チャンネル3aの開口部3aaと非吐出チャンネル3bの開口部3baが基準方向Kに交互に配列する。側壁2wは吐出チャンネル3aと非吐出チャンネル3bを分離する。吐出チャンネル3a及び非吐出チャンネル3bの基準方向Kのチャンネル幅はそれぞれ開口部3aaの基準方向Kの幅w1及び開口部3baの基準方向Kの幅w3と同じであり、例えば数10μm〜100μmである。側壁2wの基準方向Kの幅wtは、例えば数10μm〜100μmである。吐出チャンネル3a及び非吐出チャンネル3bの直交方向Jのチャンネル幅はそれぞれ開口部3aaの直交方向Jの幅及び開口部3baの直交方向Jの幅と同程度であり、例えば数100μm〜数mmである。第二突条7bは、基準方向Kの幅が非吐出チャンネル3bの開口部3baの基準方向Kの幅w3と同程度であり、直交方向Jの幅は非吐出チャンネル3bの開口部3baの直交方向Jの幅と同程度である。なお、第二突条7bは、開口部3baの直交方向Jの両端部に亘って形成することに代えて、開口部3baの直交方向Jの両端側にのみ設置してもよい。
This will be specifically described. On the lower surface LS of the
これにより、ノズルプレート5の各ノズル孔6を各吐出チャンネル3aに正確に位置合わせすることができる。ノズルプレート5をアクチュエータ基板2の下面LSに接着する際に加熱するが、第二突条7bを非吐出チャンネル3bの開口部3baに嵌合させて、熱膨張による位置ずれを防止することができる。
Thereby, each
ノズルプレート5の厚さをtとして、第二突条7bは、ノズルプレート5の表面NSからの高さhを、好ましくは10μm〜tとする。高さhが10μmよりも低いと第二突条7bが開口部3baに係止し難くなり、高さhがノズルプレート5の厚さtを超えると、第二突条7bを開口部3baに嵌合させる際の作業性が低下する。
The thickness of the
なお、第二突条7bを、非吐出チャンネル3bに対応する位置に加えて、又は、非吐出チャンネル3bに対応する位置に代えて、吐出チャンネル3aに対応する位置に設置することができる。この場合、吐出チャンネル3aの容積は第二突条7bの体積分、第二突条7bを設置しないときよりも減少するが、この容積減少分は吐出チャンネル3aの深さを深く形成して補うことができる。また、ノズル孔6は第二突条7bとノズルプレート5を貫通することになるので、第二突条7bを設置しないときのノズル孔6とは異なる形状となるが、ノズルプレート5を第二突条7bの高さh分差し引いた厚さとすれば、ノズル孔6の形状を維持することができる。また、吐出チャンネル3aに対応する第二突条7bを、開口部3aaの直交方向Jの幅に亘って形成することに代えて、ノズル孔6近傍には第二突条7bを形成せず、開口部3aaの両端側にのみ形成してもよい。開口部3aaに嵌合する第二突条7bをこのように形成すれば、吐出チャンネル3aの第二突条7bの設置に伴う容積変化が少なく、ノズル孔6の形状を変更しなくともよい。本実施形態の第二突条7bは、第二実施形態の液体噴射ヘッド1に適用することができる。
In addition, the
(第四実施形態)
図5は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド1の基準方向Kの部分断面模式図である。第一実施形態又は第二実施形態と異なる点は、ノズルプレート5が積層構造を有する点であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a partial schematic cross-sectional view in the reference direction K of the
図5に示すように、液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2とアクチュエータ基板2の液滴吐出側の下面LSに設置されるノズルプレート5とを備える。アクチュエータ基板2は、下面LSに開口部3aaを有する複数のチャンネル3が基準方向Kに配列してチャンネル列4を構成する。ノズルプレート5はチャンネル3に連通するノズル孔6を有する。ノズルプレート5は開口部3aaに嵌合する第一突条7a(突起7)を備える。
As shown in FIG. 5, the
ノズルプレート5は、表面が平坦な第一シート5aと、表面に突起7が形成される第二シート5bが積層される積層構造を有し、第二シート5bの突起7がチャンネル3の開口部に嵌合する。これにより、チャンネル3が基準方向Kに狭ピッチで多数配列する場合でも、ノズルプレート5のノズル孔6をアクチュエータ基板2のチャンネル3に確実に位置合わせをすることができる。また、第二シート5bとして突起7の形成の容易な材料を選択することができる。その他の構成は第一実施形態又は第二実施形態と同様である。また、第三実施形態のノズルプレート5を、本実施形態と同様に第一シート5a及び第二シート5bの積層構造としてもよい。
The
(第五実施形態)
図6は本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置30の模式的な斜視図である。液体噴射装置30は、液体噴射ヘッド1、1’を往復移動させる移動機構40と、液体噴射ヘッド1、1’に液体を供給し、液体噴射ヘッド1、1’から液体を排出する流路部35、35’と、流路部35、35’に連通する液体ポンプ33、33’及び液体タンク34、34’とを備えている。液体噴射ヘッド1、1’は既に説明した第一〜第四実施形態のいずれかを使用する。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a schematic perspective view of a
液体噴射装置30は、紙等の被記録媒体44を主走査方向に搬送する一対の搬送手段41、42と、被記録媒体44に液体を吐出する液体噴射ヘッド1、1’と、液体噴射ヘッド1、1’を載置するキャリッジユニット43と、液体タンク34、34’に貯留した液体を流路部35、35’に押圧して供給する液体ポンプ33、33’と、液体噴射ヘッド1、1’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構40とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド1、1’、移動機構40、搬送手段41、42を制御して駆動する。
The
一対の搬送手段41、42は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体44を主走査方向に搬送する。移動機構40は、副走査方向に延びた一対のガイドレール36、37と、一対のガイドレール36、37に沿って摺動可能なキャリッジユニット43と、キャリッジユニット43を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト38と、この無端ベルト38を図示しないプーリを介して周回させるモータ39とを備えている。
The pair of conveying
キャリッジユニット43は、複数の液体噴射ヘッド1、1’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4種類の液滴を吐出する。液体タンク34、34’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ33、33’、流路部35、35’を介して液体噴射ヘッド1、1’に供給する。各液体噴射ヘッド1、1’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド1、1’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット43を駆動するモータ39の回転及び被記録媒体44の搬送速度を制御することにより、被記録媒体44上に任意のパターンを記録することできる。
The
なお、本実施形態は、移動機構40がキャリッジユニット43と被記録媒体44を移動させて記録する液体噴射装置30であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を2次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。
In this embodiment, the moving
1 液体噴射ヘッド
2 アクチュエータ基板、2a 圧電体基板、2w 側壁、
2b カバープレート 2ba、2bb 液室
3 チャンネル、3a 吐出チャンネル、3b 非吐出チャンネル、3aa、3ba 開口部
4 チャンネル列
5 ノズルプレート、5a 第一シート、5b 第二シート
6 ノズル孔
7 突起、7a、7aa、7ab 第一突条、7b 第二突条
8a 共通電極、8b 個別電極
9a 共通端子、9b 個別端子
US 上面、LS 下面、NS 表面
w1、w2、w3、w4 開口部の幅、h 突起の高さ、wt 側壁の幅
t1 第一突条の幅、r ノズル孔の直径、t ノズルプレートの厚さ
DESCRIPTION OF
2b Cover plate 2ba, 2bb
Claims (11)
前記チャンネルに連通するノズル孔を有し前記アクチュエータ基板の前記液滴吐出側の表面に設置されるノズルプレートと、を備え、
前記ノズルプレートは前記開口部に嵌合する突起を備える液体噴射ヘッド。 An actuator substrate in which a plurality of channels having openings on the droplet discharge side surface are arranged in a reference direction to form a channel row;
A nozzle plate having a nozzle hole communicating with the channel and installed on the surface of the actuator substrate on the droplet discharge side, and
The nozzle plate includes a protrusion that fits into the opening.
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。 A liquid ejecting head according to claim 1;
A moving mechanism for relatively moving the liquid ejecting head and the recording medium;
A liquid supply pipe for supplying a liquid to the liquid ejecting head;
And a liquid tank that supplies the liquid to the liquid supply pipe.
Priority Applications (1)
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JP2015219612A JP2017087533A (en) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | Liquid spray head and liquid spray device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2015219612A Pending JP2017087533A (en) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | Liquid spray head and liquid spray device |
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-
2015
- 2015-11-09 JP JP2015219612A patent/JP2017087533A/en active Pending
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